建筑物能量消耗的預測方法
【專利摘要】一種預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于包括基于由計算機實施的物理模型、考慮接收的太陽輻射的熱交換和/或建筑物與外界環(huán)境之間的熱對流和/或傳導的步驟，以及包括用來基于建筑物在過去所進行的測量來推導所述物理模型的參數(shù)值的學習步驟。
【專利說明】建筑物能量消耗的預測方法
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑物的熱能管理方法以及實施這樣的方法的熱能系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及包括實施這樣的方法的軟件的載體。最后，本發(fā)明還涉及裝備了這樣的熱能系統(tǒng)的建筑物。
[0002]對建筑物能量消耗的預測可以用于預計建筑物的供熱或空氣調(diào)節(jié)并且在任何時候都能達到居住者所希望的舒適度。然而，表征建筑物的熱現(xiàn)象是復雜的并且難以被認知。
[0003]為此，現(xiàn)有技術中的第一種解決方案建立在長時段、例如一年中存儲的數(shù)據(jù)和測量的值進行分析的基礎上。特別是，建筑物的能量消耗和內(nèi)部溫度的值以及相應的氣象學數(shù)據(jù)(如外部溫度和光照時間)根據(jù)時間而被存儲。基于通過神經(jīng)網(wǎng)絡類型的方法進行數(shù)字處理的混合化允許確定代表過去這些數(shù)據(jù)的數(shù)學模型，該模型之后被用于實現(xiàn)未來預測。該方法基于人工智能，需要大量數(shù)據(jù)以達到可接受的結果，這不但耗時長且需要復雜的計算。另一方面，由于該方法不基于現(xiàn)象的物理研究，其存在局限并且無法在任何情況下都達到足夠的精確性。
[0004]現(xiàn)有技術中的第二種解決方案基于用重大簡化對物理現(xiàn)象建立模型，以便不需要過多的計算裝置。在這種建立模型中，與外界的熱交換、例如輻射或?qū)α黝愋偷臒峤粨Q都被忽略不計。
[0005]在所有這些情況下，得出的結果都無法令人滿意，因此需要一種改進的解決方案來預測建筑物的能量消耗。
[0006]為此，本發(fā)明基于一種預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于包括基于通過計算機實施的物理模型來考慮接收的太陽輻射的熱交換和/或在建筑物與外界環(huán)境之間的熱對流希/或熱交換的步驟，其特征還在于包括用來基于對建筑物在過去所進行的測量來推導所述物理模型的參數(shù)值的學習步驟。
[0007]更確切地，本發(fā)明涉及一種預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于包括一個步驟，該步驟考慮由供熱和/或空調(diào)設備對建筑物的供熱或降溫，被動太陽能供給，內(nèi)部收益供給，如人員和家用器具的供熱帶來的內(nèi)部受益供給，以及建筑物與外界環(huán)境之間的熱對流和/或熱傳導類型的熱損失(Pertes_thermiques),其特征在于該預測方法包括用來基于對建筑物在過去所進行的測量來推導所述物理模型的參數(shù)值的學習步驟，該學習步驟包括:
[0008]-基于在日照較少的時段的過去測量來確定所述物理模型的與內(nèi)部收益和/或與熱損失相關的至少一個參數(shù)；
[0009]-基于在日照充足的時段的過去測量來確定所述物理模型的與被動太陽能供給相關的至少一個參數(shù)。
[0010]本發(fā)明還涉及一種信息載體，其包括實施如前所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法的幾個步驟的計算機程序。
[0011]本發(fā)明還涉及一種預測建筑物的能量消耗的預測系統(tǒng)，其特征在于包括一個控制單元，該控制單元實施如前所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法。
[0012]所述預測建物筑的能量消耗的預測系統(tǒng)包括供熱和/或空調(diào)設備以及控制單元，該控制單元能夠根據(jù)所需要的溫度設定值，通過對供熱和/或空調(diào)設備致動來調(diào)節(jié)建筑物的內(nèi)部溫度。
[0013]本發(fā)明還涉及一種建筑物，其特征在于包括預測建筑物的能量消耗的預測系統(tǒng)，所述預測系統(tǒng)實施如上述的預測建筑物的能量消耗的預測方法。
[0014]本發(fā)明通過權利要求書更加確切地限定。
[0015]本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點將在以下結合唯一附圖非限制性地對【具體實施方式】的描述中進行詳細說明，唯一附圖示意性地示出建筑物以及本發(fā)明所考慮的不同能量現(xiàn)象。 [0016]本發(fā)明基于對建筑物的外部熱現(xiàn)象的更好考慮，這些外部熱現(xiàn)象如輻射和/或?qū)α骱?或傳導。尤其是，其允許更好地考慮某些氣象現(xiàn)象(如風、被動太陽能供給)對建筑物的影響。本發(fā)明基于允許在保持與由計算機進行的相對簡單處理相兼容的簡易性的同時對物理現(xiàn)象進行考慮的折衷。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，建筑物中的熱平衡可以寫為如下:
[0018]PC=PT+PV- (Pasp+Pi) +S
[0019]其中:
[0020]P。是所述建筑物的供熱或冷卻所需要的功率；
[0021]PT表示建筑物的缺陷導致的功率損失，比如導致向外部傳導熱量或是向內(nèi)部傳導熱量的非隔離墻壁；
[0022]PV表示通風導致的功率損失；
[0023]Pasp表示由被動太陽能供給帶來的功率；
[0024]Pi表示由內(nèi)部收益帶來的功率，如所在人員的人體和家用器具散發(fā)的熱量等等；
[0025]S表示建筑物內(nèi)累積的熱通量。
[0026]由被動太陽能供給帶來的功率主要來自進入建筑物中的太陽福射，隨著建筑物的隔熱性提高而變得越來越不可忽略。如圖1中可見，這些供給取決于太陽的位置，并且因此取決于季節(jié)和時間，這是因為根據(jù)不同的角度，這種輻射到達建筑物的不同表面。例如，在位置Pl的太陽輻射Rl表示的是冬季某個特定時間的情形。在夏天，在相同的時間，太陽輻射R2則大不目同，位置P2要高得多。由此可見建筑物I所接收的太陽輻射可以有很大差
巳
[0027]通過在一天的一個時段上進行能量平衡，前面的等式允許獲得建筑物的能量消耗的預測方法，該方法考慮以下等式(I):
[0028]
【權利要求】
1.一種預測建筑物的能量消耗的預測方法，該預測方法由計算機實施并使用考慮了以下方面的物理模型:由供熱和/或空調(diào)設備對建筑物的供熱或降溫(P。)，被動太陽能供給(Pasp),內(nèi)部收益供給(Pi),如人員和家用器具的供熱帶來的內(nèi)部受益供給，以及建筑物與外界環(huán)境之間的熱對流和/或熱傳導類型的熱損失(Pertes_thermiques),其特征在于該預測方法包括用來基于對建筑物在過去所進行的測量來推導所述物理模型的參數(shù)值的學習步驟，該學習步驟包括: -基于在日照較少的時段的過去測量來確定所述物理模型的與內(nèi)部收益和/或與熱損失相關的至少一個參數(shù)； -基于在日照充足的時段的過去測量來確定所述物理模型的與被動太陽能供給相關的至少一個參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于學習步驟包括以下步驟: -基于在日照較少并且建筑物居住率較低的時段的過去測量來確定所述物理模型的與熱損失相關的至少一個參數(shù)；和/或 -基于在日照較少并且建筑物居住的時段的過去測量來確定所述物理模型與內(nèi)部收益相關的至少一個參數(shù)。
3.根據(jù)前述權利要求之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，該預測方法在學習步驟之后包括所述物理模型的使用步驟，用于根據(jù)溫度設定值Tint (t)計算用于建筑物的供熱或降溫的未來能量消耗。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，建筑物在給定時段通過被動太陽能供給而接收到的能量通過以下公式計算:


5.根據(jù)權利要求4所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于所述物理模型把η值視為介于I和10之間以用于計算通過被動太陽能供給所接收的能量。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于所述物理模型通過以下等式計算在給定時段上建筑物的能量平衡:
7.根據(jù)權利要求6所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于包括以下步驟:該步驟將選定時段上建筑物的與熱慣性相關的熱能視為零，即/ S=O0
8.根據(jù)權利要求6或7所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，建筑物在給定時段上的熱損失通過以下等式計算:
9.根據(jù)權利要求6至8之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，所述內(nèi)部收益在給定時段上被視為等同于常數(shù)值，該常數(shù)值是考慮到建筑物內(nèi)部的活動和/或居住的情況下的所述給定時段的平均值。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，所述學習步驟包括通過考慮在日照較少并且被動太陽能供給可忽略的時段在過去對建筑物進行的測量來確定參數(shù)GV和?Ρζ_的第一子步驟。
11.根據(jù)前述權利要求之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于通過以下等式考慮建筑物內(nèi)部的溫度波動:
12.根據(jù)權利要求11所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，所述學習步驟包括通過以下公式基于在無日照的時段在過去對建筑物進行的測量來計算在給定時刻的值的子步驟:
13.根據(jù)權利要求12所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法，其特征在于，通過以下等式根據(jù)溫度設定值tint(t)來計算用于建筑物的供熱或降溫的未來能量消耗:
14.一種包括計算機程序的信息載體，該計算機程序?qū)嵤└鶕?jù)前述權利要求之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法的步驟。
15.一種預測建筑物的能量消耗的預測系統(tǒng)，其特征在于該預測系統(tǒng)包括控制單元，該控制單元實施根據(jù)權利要求1至13之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法。
16.根據(jù)權利要求15所述的預測建筑物的能量消耗的預測系統(tǒng)，其特征在于該預測系統(tǒng)包括供熱和/或空調(diào)設備，以及控制單元根據(jù)希望的溫度設定值通過對供熱和/或空調(diào)設備進行致動來調(diào)節(jié)建筑物的內(nèi)部溫度。
17.一種建筑物，其特征在于，包括實施根據(jù)權利要求1至13之一所述的預測建筑物的能量消耗的預測方法的預測建筑物`的能量消耗的預測系統(tǒng)。
【文檔編號】G05B15/02GK103649852SQ201280031332
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權日:2011年5月11日
【發(fā)明者】X·勒·皮沃特 申請人:原子能及能源替代委員會